專利名稱：甘氨酸的制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氨基腈法或內(nèi)酰脲混合物直接酸解、中和獲得甘氨酸的制備方法，特別是以羥基乙腈或可產(chǎn)生羥基乙腈的混合物為起始原料，通過氨取代獲得含氨基乙腈的氨化反應(yīng)液，通過無(wú)機(jī)酸酸解，石灰乳中和，制備甘氨酸的方法。
背景技術(shù)：
甘氨酸是化工、醫(yī)藥、農(nóng)藥等工業(yè)的重要原料，具有廣泛的用途。目前，有多種方法生產(chǎn)甘氨酸，其中，α-鹵代酸法是國(guó)內(nèi)主要的工業(yè)化生產(chǎn)方法，它是以氯乙酸、氨氣為原料，在催化劑烏洛托品(六亞甲基四胺)存在下于溶劑相中反應(yīng)。采用α-鹵代酸法，溶劑相可以是水相，但此水相法生產(chǎn)甘氨酸的方法有諸多的缺陷，例如存在催化劑不能回收，消耗量大，催化效率低，未反應(yīng)完的原料不能回用，且由于體系堿性強(qiáng)和含水等原因，易生成水解物羥基乙酸，造成浪費(fèi)，污染環(huán)境；反應(yīng)中產(chǎn)生的氯化銨等無(wú)機(jī)鹽分離困難，后處理難度大，合成反應(yīng)終點(diǎn)判斷困難等等。另外，文獻(xiàn)中還報(bào)道了溶劑為醇相的制備甘氨酸的方法，但它仍存在反應(yīng)時(shí)間較長(zhǎng)，且反應(yīng)不好控制，催化劑效率較低，經(jīng)NMR檢測(cè)(見

圖1)，有5％-7％的兩種副產(chǎn)物生成，所以仍存在收率較低的缺陷，且溶劑回收困難，溶劑消耗大等缺陷，不適合工業(yè)大生產(chǎn)。
近年來(lái)陸續(xù)有文獻(xiàn)報(bào)道采用羥基乙腈、氨化物和二氧化碳反應(yīng)制備甘氨酸的方法。此方法又可以大致分為以下三類1)采用堿液進(jìn)行后處理的方法，參見例如JP-A-06-065168、JP-A-05-320106、JP-A-53-031616、US5225592A、JP-A-02-250854、WO92/06069、JP-A-53-028115、CN1107139A。這些專利文獻(xiàn)公開了采用堿液進(jìn)行后處理，在后續(xù)操作中多采用酸尤其是硫酸中和，因此產(chǎn)生大量的硫酸鈉、硫酸鉀等鹽溶液，產(chǎn)品純度低，無(wú)機(jī)鹽夾帶嚴(yán)重，難以進(jìn)行三廢處理，并且成品顏色較深；2)采用酸液進(jìn)行后處理的方法，例如JP-A-2-286651、JP-A-04-066559、物進(jìn)行水解時(shí)，中和一般采用堿金屬水溶液如氫氧化鈉或氫氧化鉀進(jìn)行中和，同樣存在產(chǎn)品純度低，無(wú)機(jī)鹽夾帶、三廢處理難的問題，并且得到的產(chǎn)品色澤較深。
3)采用強(qiáng)堿陽(yáng)離子樹脂進(jìn)行后處理的方法，例如JP-A-03-190851。此方法反應(yīng)收率和甘氨酸的純度不理想。上述方法采用氨氣進(jìn)行反應(yīng)，需要在高溫高壓的條件下進(jìn)行，反應(yīng)條件苛刻，設(shè)備投資大，且無(wú)機(jī)鹽的分離問題尚未得到有效解決。
因此，需要開發(fā)一種更好的生產(chǎn)甘氨酸的工業(yè)化方法。
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明者進(jìn)行了深入的研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，例如采用下文所述的羥基乙腈或可得到羥基乙腈的混合物進(jìn)行氨解，之后用廉價(jià)易得的石灰乳中和酸解液，并經(jīng)中和生成鈣鹽沉淀的方法，可以很好的解決甘氨酸與無(wú)機(jī)鹽分離難的問題，從而發(fā)現(xiàn)了低成本、高收率、高純度獲得甘氨酸的方法。經(jīng)NMR檢測(cè)，其副產(chǎn)物羥基乙酸、亞氨基二乙酸和氨三乙酸的生成可得到有效控制，更適合工業(yè)化生產(chǎn)，于是完成了本發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種將氨基乙腈或內(nèi)酰脲混合物直接酸解、中和獲得甘氨酸的制備方法。
優(yōu)選的是，本發(fā)明提供一種采用羥基乙腈或可產(chǎn)生羥基乙腈的混合物和氨類化合物為初始原料，經(jīng)氨化，酸解，中和步驟，高收率、高純度地制備甘氨酸的方法。
具體地說，本發(fā)明提供一種制備甘氨酸的方法，該方法包括如下步驟1)將氨基乙腈與無(wú)機(jī)酸混合，得到含甘氨酸無(wú)機(jī)酸鹽的酸解液；2)將上述酸解液用石灰乳中和，得到中和液(主要含甘氨酸和無(wú)機(jī)酸鈣)；3)后處理中和液，得到甘氨酸產(chǎn)品。
本發(fā)明方法可以采用例如如下具體實(shí)施方案1)將氨基乙腈、無(wú)機(jī)酸混合，反應(yīng)物料的摩爾比為氨基乙腈∶無(wú)機(jī)酸＝1∶0.2-4.0，優(yōu)選為1∶0.5-2.5，反應(yīng)溫度控制不超過200℃，優(yōu)選為80-160℃，反應(yīng)1-8小時(shí)，抽濾得到含甘氨酸無(wú)機(jī)酸鹽的酸解液；
2)將步驟1)得到的酸解液用石灰乳中和，石灰乳的用量為中和無(wú)機(jī)酸的用量，例如，反應(yīng)時(shí)采用的摩爾比為甘氨酸無(wú)機(jī)酸鹽∶石灰乳＝1∶0.2-4.0，優(yōu)選為1∶0.5-2.5，得到中和濾液；濾渣水洗液可進(jìn)行套用。
3)預(yù)處理步驟2)得到的中和濾液，脫水，結(jié)晶，烘干，得到白色甘氨酸固體。
上述方法中，氨基乙腈采用將羥基乙腈或可產(chǎn)生羥基乙腈的混合物氨化的方法制備氨化反應(yīng)液，直接進(jìn)行酸解步驟。
因此，本發(fā)明方法優(yōu)選的是采用羥基乙腈或可產(chǎn)生羥基乙腈的混合物和氨類化合物為初始原料，經(jīng)氨化，酸解，中和步驟來(lái)制備甘氨酸，所述方法包括如下步驟1)將羥基乙腈溶液或可產(chǎn)生羥基乙腈的混合物與氨類化合物混合，得到含氨基乙腈的氨化反應(yīng)液；2)將步驟1)得到的氨化反應(yīng)液與無(wú)機(jī)酸混合，得到含甘氨酸無(wú)機(jī)酸鹽的酸解液；3)將上述酸解液用石灰乳中和，得到中和液；4)后處理步驟3)得到的中和液，得到甘氨酸。
實(shí)施上述優(yōu)選方法時(shí)，在步驟1)中，羥基乙腈溶液或可產(chǎn)生羥基乙腈的混合物與氨類化合物的反應(yīng)控制溫度不高于100℃，例如，0-90℃，反應(yīng)0.2-3小時(shí)；反應(yīng)時(shí)采用的摩爾比為羥基乙腈∶氨類化合物＝1∶0.5-12.0，優(yōu)選為1∶0.8-8.5。
在步驟2)中，反應(yīng)時(shí)采用的摩爾比為氨基乙腈∶無(wú)機(jī)酸＝1∶0.2-4.0，優(yōu)選為1∶0.5-2.5，控制反應(yīng)溫度不超過200℃，例如在80-160℃下，反應(yīng)1-8小時(shí)。
在步驟3)中，反應(yīng)時(shí)采用的摩爾比為甘氨酸無(wú)機(jī)酸鹽∶石灰乳＝1∶0.2-4.0，優(yōu)選為1∶0.5-2.5。
本發(fā)明優(yōu)選方法可以采用例如如下具體實(shí)施方案1)在-10℃至100℃下，例如在0-90℃下，將羥基乙腈溶液或可產(chǎn)生羥基乙腈的混合物和氨類化合物混合，反應(yīng)0.2-3小時(shí)，反應(yīng)物料的摩爾比為羥基乙腈∶氨類化合物＝1∶0.8-8.5，優(yōu)選1∶0.8-5.5，得到含氨基乙腈的氨化反應(yīng)液；2)將上述氨化反應(yīng)液、無(wú)機(jī)酸混合，反應(yīng)物料的摩爾比為氨基乙腈∶無(wú)機(jī)酸＝1∶0.2-4，優(yōu)選為1∶0.5-2.5，控制反應(yīng)溫度不超過200℃，例如在80-160℃下，反應(yīng)1-8小時(shí)，得到甘氨酸無(wú)機(jī)酸鹽；3)將步驟2)得到的酸解液用石灰乳中和，石灰乳的用量為中和無(wú)機(jī)酸的用量，例如，反應(yīng)時(shí)采用的摩爾比為甘氨酸無(wú)機(jī)酸鹽∶石灰乳＝1∶0.2-4.0，優(yōu)選為1∶0.5-2.5，得到中和濾液。
4)后處理步驟3)得到的中和濾液，脫水，結(jié)晶，烘干，得到白色甘氨酸固體。
在本發(fā)明中，所述的羥基乙腈溶液或可產(chǎn)生羥基乙腈的混合物，例如后果者可以是氫氰酸和甲醛的混合液、堿土金屬氰化物和甲醛的混合物、氰化銨和甲醛的混合物，優(yōu)選是羥基乙腈。反應(yīng)中采用的羥基乙腈的摩爾量，當(dāng)只采用羥基乙腈時(shí)，以羥基乙腈的摩爾量計(jì)，當(dāng)采用混合物時(shí)，以混合物中甲醛的摩爾量計(jì)。
在本發(fā)明中，所述的氨類化合物是指氨氣或可產(chǎn)生氨的化合物，例如可以是氨氣，氨水，硝酸銨、碳酸氫銨、碳酸銨等無(wú)機(jī)銨鹽等，優(yōu)選是氨氣和碳酸銨。反應(yīng)中采用的氨類化合物的摩爾量，當(dāng)只采用氨氣時(shí)，以氨氣的摩爾量計(jì)，當(dāng)采用可產(chǎn)生氨的化合物時(shí)，以化合物中可產(chǎn)生氨的摩爾當(dāng)量計(jì)。
在本發(fā)明中，所述的石灰乳可以是氫氧化鈣、氫氧化鈣與氧化鈣的水合混合物或固體混合物、氫氧化鈣與氧化鈣和/或碳酸鈣的水合混合物或固體混合物、氫氧化鈣與氧化鈣和/或硫酸鈉的水合混合物或固體混合物，優(yōu)選是氫氧化鈣、氫氧化鈣和氧化鈣的混合物。反應(yīng)中采用堿的摩爾量，當(dāng)只采用氫氧化鈣時(shí)，以氫氧化鈣的摩爾量計(jì)，當(dāng)采用混合物時(shí)，以混合物中鈣離子的摩爾當(dāng)量計(jì)。
在本發(fā)明中，所述的無(wú)機(jī)酸可以是硫酸、硝酸、碳酸、磷酸、路易斯酸等。優(yōu)選是硫酸、磷酸。
采用上述反應(yīng)方法可以通過控制反應(yīng)原料、反應(yīng)條件有效控制反應(yīng)平衡，根據(jù)需要得到甘氨酸、羥基乙酸、亞氨基二乙酸和氨三乙酸。
本發(fā)明方法具有如下優(yōu)點(diǎn)其一，在采用羥基乙腈類和氨類為起始原料的方法時(shí)，可以有效減少乙內(nèi)酰脲的生成，更易于產(chǎn)品中間體水解。
其二，在采用羥基乙腈類和氨類為起始原料的方法中，即可先將氨化反應(yīng)液酸解的步驟，既可以保證水解徹底，克服了水解和與無(wú)機(jī)鹽分離的困難。
其三，中和步驟使用較便宜的堿——石灰乳為原料，既可以有效降低生產(chǎn)成本，又巧妙的解決了無(wú)機(jī)鹽與產(chǎn)品難以分離的問題；同時(shí)采用石灰乳調(diào)節(jié)等電點(diǎn)得到的濾出液，濃縮結(jié)晶即得到高品質(zhì)的甘氨酸。
其四，本發(fā)明方法中，石膏有多種用途，該工藝的原子利用率可達(dá)100％，為真正的綠色工藝，不但可以保證甘氨酸的品質(zhì)，而且具有成本低、無(wú)污染。
其五，采用本發(fā)明方法制備的甘氨酸產(chǎn)品純度＞99％，鈣離子含量＜0.1％，且本發(fā)明方法的綜合收率可達(dá)到95％以上。此外，本發(fā)明方法整個(gè)反應(yīng)條件極易控制，例如，經(jīng)NMR檢測(cè)證實(shí)，其副產(chǎn)物羥基乙酸、亞氨基二乙酸和氨三乙酸的生成可得到有效控制，因而更適合進(jìn)行工業(yè)化生產(chǎn)。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明可用下文中的非限定性實(shí)施例作進(jìn)一步的說明。
實(shí)施例1甘氨酸的制備在室溫下向反應(yīng)器中加入400克50％羥基乙腈溶液，通入90克氨氣，反應(yīng)45分鐘后，得到氨化反應(yīng)液。將得到的氨化反應(yīng)液和377克98％硫酸溶液混合，反應(yīng)4小時(shí)，得到酸解液。向其中加入281克氫氧化鈣，充分混合后抽濾，收集得到中和液，濾渣用水洗滌，合并濾液。將得到的中和濾液預(yù)處理，進(jìn)行脫水，降至室溫，析出結(jié)晶，抽濾，用水洗結(jié)晶至洗水無(wú)色，將得到的固體烘干，得到純度為99.5％的甘氨酸，產(chǎn)品相對(duì)羥基乙腈的原位收率95.8％。
實(shí)施例2甘氨酸的制備在常溫下向反應(yīng)器中加入100克氫氰酸和300克甲醛混合物，通入336克碳酸銨，反應(yīng)40分鐘后，得到氨化反應(yīng)液。將得到的氨化反應(yīng)液和588克硫酸溶液混合，反應(yīng)5小時(shí)，得到酸解液。向其中加入444克氫氧化鈣/氧化鈣/硫酸鈉混合物，充分混合后抽濾，收集得到中和濾液，濾渣用水洗滌兩次，合并濾液。將得到的中和濾液預(yù)處理，進(jìn)行脫水，降至室溫，析出結(jié)晶，抽濾，用水洗結(jié)晶至洗水無(wú)色，將得到的固體烘干，得到純度為99.2％的甘氨酸，產(chǎn)品相對(duì)于羥基乙腈的原位轉(zhuǎn)化率96.7％。
實(shí)施例3甘氨酸的制備在室溫下向反應(yīng)器中加入400克羥基乙腈，通入237克氨水，反應(yīng)30分鐘后脫氨，得到546克氨化反應(yīng)液。將得到的氨化反應(yīng)液和248克鹽酸溶液混合，反應(yīng)4小時(shí)，得到酸解液。向其中加入493克氫氧化鈣混合物，充分混合后抽濾，收集得到中和濾液，濾渣用水洗滌兩次，合并濾液。將得到的中和濾液預(yù)處理，進(jìn)行脫水，降至室溫，析出結(jié)晶，抽濾，用水洗結(jié)晶至洗水無(wú)色，將得到的固體烘干，得到純度為99.3％的甘氨酸，產(chǎn)品相對(duì)于羥基乙腈的原位收率95.5％。
實(shí)施例4甘氨酸的制備在室溫下向反應(yīng)器中加入350克羥基乙腈，加入2844克碳酸氫銨，反應(yīng)40分鐘后脫氨，得到2563克氨化反應(yīng)液。將得到的氨化反應(yīng)液和345克磷酸溶液混合，反應(yīng)6小時(shí)，得到酸解液。向其中加入2975克氫氧化鈣/氧化鈣混合物，充分混合后抽濾，收集得到中和濾液，濾渣用水洗滌兩次，合并濾液。將得到的中和濾液預(yù)處理，進(jìn)行脫水，降至室溫，析出結(jié)晶，抽濾，用水洗結(jié)晶至洗水無(wú)色，將得到的固體烘干，得到純度為99.7％的甘氨酸，產(chǎn)品相對(duì)于羥基乙腈的原位收率97.1％。
對(duì)比實(shí)施例1甘氨酸的制備向羥基乙腈溶液中分別通入氨氣和二氧化碳，加水，反應(yīng)原料的摩爾比為羥基乙腈∶氨氣∶二氧化碳∶水＝1∶2∶2∶50，控制反應(yīng)溫度為165℃，14標(biāo)準(zhǔn)大氣壓，3小時(shí)后，反應(yīng)混合液在80℃下減壓，降至室溫，分離固體，固體在水和甲醇的混合液中洗滌，過濾，110℃減壓干燥，純度得到98.5％的甘氨酸。
權(quán)利要求
1.一種制備甘氨酸的方法，該方法包括如下步驟1)將氨基乙腈與無(wú)機(jī)酸混合，得到含甘氨酸無(wú)機(jī)酸鹽的酸解液；2)將上述得到的酸解液用石灰乳中和，得到中和液；3)后處理步驟2)得到的中和液，得到甘氨酸。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的方法，它包括如下步驟1)將氨基乙腈、無(wú)機(jī)酸混合，反應(yīng)料液的摩爾比為氨基乙腈∶無(wú)機(jī)酸＝1∶0.2-4，控制反應(yīng)溫度在60-200℃之間，反應(yīng)1-8小時(shí)，得到含甘氨酸無(wú)機(jī)酸鹽的酸解液；2)將步驟1)得到的酸解液用石灰乳中和，石灰乳的用量為中和無(wú)機(jī)酸的用量，得到中和濾液；3)后處理步驟2)得到的中和濾液，濃縮結(jié)晶即得到甘氨酸。
3.根據(jù)權(quán)利要求1-2之任一的方法，其中，步驟1)中反應(yīng)料液的摩爾比為氨基乙腈∶無(wú)機(jī)酸＝1∶0.5-2.5。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-2之任一的方法，其中，步驟1)中反應(yīng)溫度在80-160℃之間。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4之任一的方法，其中，步驟2)中反應(yīng)料液的摩爾比為甘氨酸無(wú)機(jī)酸鹽∶石灰乳＝1∶0.2-4.0。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5之任一的方法，其中，石灰乳是氫氧化鈣、氫氧化鈣和氧化鈣的水合混合物或固體混合物，氫氧化鈣與氧化鈣和/或碳酸鈣的水合混合物或固體混合物、氫氧化鈣與氧化鈣和/或硫酸鈉的水合混合物或固體混合物。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6之任一的方法，其中，無(wú)機(jī)酸是硫酸、硝酸、碳酸、磷酸、路易斯酸。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的方法，其中，無(wú)機(jī)酸是硫酸、磷酸。
9.一種制備甘氨酸的方法，該方法包括如下步驟1)向羥基乙腈溶液或可產(chǎn)生羥基乙腈的混合物中通入氨類化合物，得到含氨基乙腈的氨化反應(yīng)液；2)將上述得到的氨化反應(yīng)液與無(wú)機(jī)酸混合，得到含甘氨酸無(wú)機(jī)酸鹽的酸解液；3)將上述得到的酸解液用石灰乳中和，得到中和液；4)后處理上述得到的中和液，得到甘氨酸。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，它包括如下步驟1)在-10℃至100℃下，向羥基乙腈溶液或可產(chǎn)生羥基乙腈的混合物中通入氨類化合物，反應(yīng)0.2-3小時(shí)，反應(yīng)物料的摩爾比為羥基乙腈∶氨類化合物＝1∶0.5-12.0，得到含氨基乙腈的氨化反應(yīng)液；2)將上述氨化反應(yīng)液、無(wú)機(jī)酸混合，反應(yīng)料液的摩爾比為氨基乙腈∶無(wú)機(jī)酸＝1∶0.2-4，控制反應(yīng)溫度在60-200℃之間，反應(yīng)1-8小時(shí)，得到含甘氨酸無(wú)機(jī)酸鹽的酸解液；3)將步驟2)得到的酸解液用石灰乳中和，石灰乳的用量為中和無(wú)機(jī)酸的用量，得到中和濾液；4)后處理步驟3)得到的中和濾液，得到甘氨酸。
11.根據(jù)權(quán)利要求9或10的方法，其中氨化步驟中反應(yīng)料液的摩爾比為羥基乙腈∶氨類化合物＝1∶0.8-8.5。
12.根據(jù)權(quán)利要求9或10的方法，其中酸化步驟中反應(yīng)溫度在80-160℃之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求9-13之任一的方法，其中，酸解步驟中反應(yīng)料液的摩爾比為氨基乙腈∶無(wú)機(jī)酸＝1∶0.5-2.5。
14.根據(jù)權(quán)利要求9-13之任一的方法，其中，中和步驟中反應(yīng)料液的摩爾比為甘氨酸無(wú)機(jī)酸鹽∶石灰乳＝1∶0.2-4.0。
15.根據(jù)權(quán)利要求9-14之任一的方法，其中，羥基乙腈溶液或可產(chǎn)生羥基乙腈的混合物是羥基乙腈溶液、氫氰酸和甲醛的混合液、堿土金屬氰化物和甲醛的混合物、氰化銨和甲醛的混合物。
16.根據(jù)權(quán)利要求9-15之任一的方法，其中，氨氣或可產(chǎn)生氨的化合物是氨氣、氨水、硝酸銨、碳酸氫銨、碳酸銨。
17.根據(jù)權(quán)利要求9-16之任一的方法，其中，石灰乳是氫氧化鈣、氫氧化鈣和氧化鈣的水合混合物或固體混合物，氫氧化鈣與氧化鈣和/或碳酸鈣的水合混合物或固體混合物、氫氧化鈣與氧化鈣和/或硫酸鈉的水合混合物或固體混合物。
18.根據(jù)權(quán)利要求9-17之任一的方法，其中，無(wú)機(jī)酸是硫酸、硝酸、碳酸、磷酸、路易斯酸。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的方法，其中，無(wú)機(jī)酸是硫酸、磷酸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種制備甘氨酸的方法，該方法包括如下步驟1)將羥基乙腈溶液或可產(chǎn)生羥基乙腈的混合物與氨類化合物混合，得到氨化反應(yīng)液；2)將上述氨化反應(yīng)液與無(wú)機(jī)酸混合，得到酸解液；3)將上述酸解液用石灰乳中和，得到中和液；4)后處理上述中和液，得到甘氨酸。
文檔編號(hào)C07C229/06GK1616413SQ20031010036
公開日2005年5月18日 申請(qǐng)日期2003年10月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月14日
發(fā)明者尹應(yīng)武, 田金平, 張立塔, 李明成, 韓扶軍, 羅小鳳, 馮倩 申請(qǐng)人:北京清華紫光英力化工技術(shù)有限責(zé)任公司